基于滑動(dòng)導(dǎo)軌的雙目三維重構(gòu)視覺(jué)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及三維重構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)是一種基于滑動(dòng)導(dǎo)軌的雙目三維重構(gòu)視覺(jué)系統(tǒng)，包括直線導(dǎo)軌（3）、磁感應(yīng)測(cè)距裝置、三腳架（1）、滑動(dòng)平臺(tái)（5）和云臺(tái)（4），直線導(dǎo)軌（3）固定在三腳架（1）上，直線導(dǎo)軌（3）上設(shè)置有磁感應(yīng)測(cè)距裝置和滑動(dòng)平臺(tái)（5），滑動(dòng)平臺(tái)（5）可滑動(dòng)式連接在直線導(dǎo)軌（3）上，云臺(tái)（4）固定在直線導(dǎo)軌（3）上的滑動(dòng)平臺(tái)（5）上，云臺(tái)（4）的平面與滑動(dòng)平臺(tái)（5）的平面平行，相機(jī)固定在云臺(tái)（4）上，相機(jī)的光軸方向垂直于直線導(dǎo)軌（3）方向，直線導(dǎo)軌（3）兩端設(shè)置有支架平衡裝置（2）；本實(shí)用新型同現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠同時(shí)具備雙相機(jī)雙目系統(tǒng)相對(duì)位姿已知以及單相機(jī)雙目系統(tǒng)基線長(zhǎng)度不限、運(yùn)用靈活簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，操作簡(jiǎn)便，易于制造。
【專利說(shuō)明】基于滑動(dòng)導(dǎo)軌的雙目三維重構(gòu)視覺(jué)系統(tǒng)
[【技術(shù)領(lǐng)域】]
[0001]本實(shí)用新型涉及三維重構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)是一種基于滑動(dòng)導(dǎo)軌的雙目三維重構(gòu)視覺(jué)系統(tǒng)。
[【背景技術(shù)】]
[0002]雙目立體視覺(jué)(Binocular Vision)是一種模仿人類(lèi)雙眼立體視覺(jué)處理景物的方式進(jìn)行物體可視表面三維重建的方法，其光學(xué)機(jī)械系統(tǒng)稱為雙目三維重構(gòu)系統(tǒng)。雙目系統(tǒng)使用兩臺(tái)相對(duì)位姿固定并已知的攝像機(jī)仿照人類(lèi)雙眼，對(duì)同一景物進(jìn)行拍攝，通過(guò)兩個(gè)攝像機(jī)所獲取的兩幅二維圖像計(jì)算景物可視表面的深度信息。
[0003]典型的雙目三維重構(gòu)視覺(jué)系統(tǒng)原理如附圖3所示，其中，01、02點(diǎn)分別代表左右攝像機(jī)的光心位置，也是攝像機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)；01、02之間的連線稱為雙目系統(tǒng)的基線；11、12分別為左右攝像機(jī)的投影平面；pw為世界坐標(biāo)系中的物點(diǎn)，p1、pr分別為pw在左右相機(jī)成像平面上的像點(diǎn)。左右相機(jī)的相對(duì)位姿參數(shù)包括平移向量t (tx, ty, tz)和旋轉(zhuǎn)向量r(α，β，Y )，分別表示兩個(gè)攝像機(jī)在世界坐標(biāo)系中的相對(duì)位置和相對(duì)姿態(tài)。
[0004]雙目三維重構(gòu)的實(shí)現(xiàn)可以分為以下幾個(gè)步驟:攝像機(jī)標(biāo)定、圖像獲取、立體匹配和三維重建。首先利用攝像機(jī)標(biāo)定確定兩個(gè)相機(jī)的內(nèi)參和相對(duì)位姿，以確定得到的兩幅圖像之間的空間位置關(guān)系；然后保持兩個(gè)相機(jī)內(nèi)參和相對(duì)位姿固定，對(duì)需要重構(gòu)的景物進(jìn)行拍攝，得到目標(biāo)的立體像對(duì)；通過(guò)立體匹配可以計(jì)算同名點(diǎn)在兩幅圖像中的視差值，并進(jìn)一步得到各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的深度值；最后根據(jù)兩個(gè)相機(jī)內(nèi)參、相對(duì)位姿以及各個(gè)點(diǎn)的深度信息實(shí)現(xiàn)景物表面的三維重建，得到物體表面的三維圖像。因此，確定兩個(gè)相機(jī)相對(duì)位姿參數(shù)是雙目三維重構(gòu)的基礎(chǔ)。
[0005]目前已經(jīng)有廠家推出了專業(yè)的雙目相機(jī)，即將兩個(gè)鏡頭合成在一個(gè)相機(jī)中，出廠前對(duì)相機(jī)內(nèi)參和鏡頭的相對(duì)位姿進(jìn)行標(biāo)定后固定，在使用過(guò)程中不再改變，并且通過(guò)內(nèi)置的參數(shù)直接得到拍攝物體表面的三維圖像。由于該類(lèi)相機(jī)一般基線較小，并且內(nèi)參固定的要求限制了相機(jī)的變焦和對(duì)焦，因此只適合重構(gòu)距離較近或者范圍較小的物體表面，更多的應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)中。
[0006]單相機(jī)雙目系統(tǒng)使用實(shí)現(xiàn)標(biāo)定的單相機(jī)，于不同位置和角度對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行拍攝，彌補(bǔ)了雙目系統(tǒng)重構(gòu)遠(yuǎn)距離、大面積物體時(shí)基線距離不足的缺陷。由于兩次拍攝的位置是任意選定的，事先無(wú)法確定左右兩個(gè)位置上攝像機(jī)的相對(duì)位姿，因此在獲得立體像對(duì)后需要通過(guò)檢測(cè)和匹配特征點(diǎn)計(jì)算得到攝像機(jī)的相對(duì)位姿后，才能進(jìn)行后續(xù)重構(gòu)步驟。單相機(jī)雙目系統(tǒng)的適用場(chǎng)合比較廣泛，但是也具有一些難以克服的缺點(diǎn):(1)重構(gòu)精度受拍攝物體表面特征影響較大；(2)極線校正過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，且精度受到相對(duì)位姿計(jì)算結(jié)果的影響較大；(3)采用單相機(jī)雙目系統(tǒng)進(jìn)行三維重構(gòu)最終的三維重構(gòu)結(jié)果是與實(shí)際物體相差一個(gè)比例系數(shù)的度量重構(gòu)。
[0007]因此，若能夠提供一種同時(shí)具備雙相機(jī)雙目系統(tǒng)相對(duì)位姿已知以及單相機(jī)雙目系統(tǒng)基線長(zhǎng)度不限、運(yùn)用靈活簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)的三維重構(gòu)視覺(jué)系統(tǒng)，將具有非常重要的意義。[實(shí)用新型內(nèi)容]
[0008]本實(shí)用新型的目的就是要解決上述的不足而提供一種基于滑動(dòng)導(dǎo)軌的雙目三維重構(gòu)視覺(jué)系統(tǒng)，能夠同時(shí)具備雙相機(jī)雙目系統(tǒng)相對(duì)位姿已知以及單相機(jī)雙目系統(tǒng)基線長(zhǎng)度不限、運(yùn)用靈活簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，且操作簡(jiǎn)便，易于制造。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的設(shè)計(jì)一種基于滑動(dòng)導(dǎo)軌的雙目三維重構(gòu)視覺(jué)系統(tǒng)，包括直線導(dǎo)軌
3、磁感應(yīng)測(cè)距裝置、三腳架1、滑動(dòng)平臺(tái)5和云臺(tái)4，所述直線導(dǎo)軌3固定在三腳架I上，所述直線導(dǎo)軌3上設(shè)置有磁感應(yīng)測(cè)距裝置和滑動(dòng)平臺(tái)5，所述滑動(dòng)平臺(tái)5可滑動(dòng)式連接在直線導(dǎo)軌3上，所述云臺(tái)4固定在直線導(dǎo)軌3上的滑動(dòng)平臺(tái)5上，所述云臺(tái)4的平面與滑動(dòng)平臺(tái)5的平面平行，所述相機(jī)固定在云臺(tái)4上，所述相機(jī)的光軸方向垂直于直線導(dǎo)軌3方向，所述直線導(dǎo)軌3兩端設(shè)置有支架平衡裝置2。
[0010]所述直線導(dǎo)軌3長(zhǎng)lm。
[0011]本實(shí)用新型同現(xiàn)有技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)新穎、簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，能夠?qū)Σ煌臄z對(duì)象靈活調(diào)整基線長(zhǎng)度，滿足了大面積、遠(yuǎn)距離物體三維重構(gòu)的拍攝需求；而且，在對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行拍攝時(shí)就可以直接獲得相機(jī)在兩個(gè)位置的相對(duì)位姿參數(shù)，簡(jiǎn)化了雙目三維重構(gòu)流程，提高了物體可視表面三維重構(gòu)的精度和分析速度；此外，本實(shí)用新型所述的基于滑動(dòng)導(dǎo)軌的雙目三維重構(gòu)視覺(jué)系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)單，易于制造，運(yùn)用靈活方便，值得推廣應(yīng)用。
[【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】]
[0012]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是圖1的安裝和拍攝流程示意圖；
[0014]圖3是傳統(tǒng)的雙目三維重構(gòu)視覺(jué)系統(tǒng)原理示意圖；
[0015]圖中:1、三腳架2、支架平衡裝置3、直線導(dǎo)軌4、云臺(tái)5、滑動(dòng)平臺(tái)。
[【具體實(shí)施方式】]
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作以下進(jìn)一步說(shuō)明:
[0017]如附圖1所示，本實(shí)用新型包括:直線導(dǎo)軌3、磁感應(yīng)測(cè)距裝置、三腳架1、支架平衡裝置2、滑動(dòng)平臺(tái)5和云臺(tái)4，通過(guò)將直線導(dǎo)軌固定在三腳架上，直線導(dǎo)軌上設(shè)置有磁感應(yīng)測(cè)距裝置和滑動(dòng)平臺(tái)，滑動(dòng)平臺(tái)可滑動(dòng)式連接在直線導(dǎo)軌上，云臺(tái)固定在直線導(dǎo)軌上的滑動(dòng)平臺(tái)上，這樣把相機(jī)固定在云臺(tái)上后，就可以使相機(jī)沿直線導(dǎo)軌進(jìn)行滑動(dòng)，當(dāng)滑動(dòng)平臺(tái)在直線導(dǎo)軌上進(jìn)行滑動(dòng)時(shí)可以根據(jù)磁感應(yīng)測(cè)距裝置自動(dòng)測(cè)量滑動(dòng)的距離，并將滑動(dòng)距離實(shí)時(shí)顯示在顯示屏中，測(cè)量結(jié)果精度可達(dá)0.1mm ;并且磁感應(yīng)測(cè)距裝置可以隨時(shí)清零，這樣可以隨時(shí)方便的記錄從直線導(dǎo)軌上的任一點(diǎn)滑動(dòng)到另一點(diǎn)的距離，直線導(dǎo)軌兩端設(shè)置有支架平衡裝置，該支架平衡裝置可以起到很好的平衡作用，以減小相機(jī)滑動(dòng)到一側(cè)時(shí)直線導(dǎo)軌的撓度。
[0018]如附圖2所示，為采用本實(shí)用新型進(jìn)行雙目三維重構(gòu)的安裝和拍攝流程，其操作步驟具體為:首先應(yīng)將三腳架放置平穩(wěn)，用水準(zhǔn)尺大致調(diào)平。將直線導(dǎo)軌固定到三腳架上，使其不會(huì)輕易旋轉(zhuǎn)。然后再將云臺(tái)固定到滑動(dòng)平臺(tái)上，應(yīng)調(diào)整云臺(tái)角度使云臺(tái)平面與滑動(dòng)平臺(tái)平面平行。接著將相機(jī)固定在云臺(tái)上，應(yīng)使相機(jī)的光軸方向垂直于直線導(dǎo)軌方向。拍攝照片時(shí)，應(yīng)先將相機(jī)滑動(dòng)到直線導(dǎo)軌的左側(cè)，將磁感應(yīng)距離置為O (磁感應(yīng)測(cè)距裝置顯示器上顯示為O)后拍攝左圖，再將相機(jī)滑至需要的位置后拍攝右圖，并根據(jù)磁感應(yīng)測(cè)距裝置顯示器上顯示的數(shù)字，記錄下滑動(dòng)距離D。這樣拍攝得到的左右圖像只有X方向的位移。因此這兩幅圖像相當(dāng)于用兩個(gè)只有X方向平移、沒(méi)有任何旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)相機(jī)拍攝得到的，并且兩個(gè)相機(jī)的相對(duì)位姿已知為(D，O，O)。將這兩幅圖像進(jìn)行畸變校正后即為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)極立體像對(duì)，可以直接進(jìn)行立體像對(duì)的稠密匹配和三維重構(gòu)。
[0019]本實(shí)用新型能夠直接獲得相對(duì)位姿克服了單相機(jī)雙目系統(tǒng)在獲得立體像對(duì)后需要通過(guò)檢測(cè)和匹配特征點(diǎn)計(jì)算得到左右相機(jī)相對(duì)位姿這一繁瑣步驟，使三維重構(gòu)過(guò)程更加簡(jiǎn)便和高效。其中，直線導(dǎo)軌長(zhǎng)lm，故相機(jī)可移動(dòng)的范圍很廣，克服了傳統(tǒng)的工業(yè)相機(jī)基線較小，只適合重構(gòu)距離較近或者范圍較小的物體表面。因此，可靈活的設(shè)置基線長(zhǎng)度拓寬了本實(shí)用新型的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是滿足大面積、遠(yuǎn)距離物體三維重構(gòu)的拍攝需求。
[0020]本實(shí)用新型并不受上述實(shí)施方式的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于滑動(dòng)導(dǎo)軌的雙目三維重構(gòu)視覺(jué)系統(tǒng)，包括直線導(dǎo)軌(3)、磁感應(yīng)測(cè)距裝置、三腳架(I)、滑動(dòng)平臺(tái)(5)和云臺(tái)(4)，其特征在于:所述直線導(dǎo)軌(3)固定在三腳架(I)上，所述直線導(dǎo)軌(3)上設(shè)置有磁感應(yīng)測(cè)距裝置和滑動(dòng)平臺(tái)(5)，所述滑動(dòng)平臺(tái)(5)可滑動(dòng)式連接在直線導(dǎo)軌(3)上，所述云臺(tái)(4)固定在直線導(dǎo)軌(3)上的滑動(dòng)平臺(tái)(5)上，所述云臺(tái)(4)的平面與滑動(dòng)平臺(tái)(5)的平面平行，所述相機(jī)固定在云臺(tái)(4)上，所述相機(jī)的光軸方向垂直于直線導(dǎo)軌(3 )方向，所述直線導(dǎo)軌(3 )兩端設(shè)置有支架平衡裝置(2 )。
2.如權(quán)利要求1所述的基于滑動(dòng)導(dǎo)軌的雙目三維重構(gòu)視覺(jué)系統(tǒng)，其特征在于:所述直線導(dǎo)軌(3)長(zhǎng)lm。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK203616781SQ201320808850
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】楊玲芝, 方恩權(quán), 李曉軍, 高建國(guó), 黃光楚, 童彬彬, 陳建琴, 朱寶林, 李培楠 申請(qǐng)人:廣州市地下鐵道總公司, 同濟(jì)大學(xué)